淺談綜合地質勘探方法在隧道勘察中的應用

葛靈生

（安徽省煤田地質局第三勘探隊安徽宿州232001）

淺談綜合地質勘探方法在隧道勘察中的應用

葛靈生

（安徽省煤田地質局第三勘探隊安徽宿州232001）

地質工程是一種為查明某區域范圍內的基本地質情況、獲取地質數據的地質工作，具體來講就是為礦產勘查開發、地質災害預警、環境保護等服務的。國內地質工程主要包括礦產資源的勘探、道路沿線基礎工程的勘查工作等，而如何有效地使用鉆探并合理的對其進行布置，保證工程量，盡可能地獲取更多的詳細準確的地質資料，以及了解地下地質變化及礦產資源儲量，是地質勘探工作中最重要的環節。勘探的最終目的是為采礦、道橋建設服務，鉆孔的合理布置能在節約成本的同時有效地控制礦區(道路)邊界線，為后期工作打下堅實基礎。本文以實例實分析了綜合地質勘探方法在隧道勘察中的應用。

綜合地質勘探方法隧道應用

1　引言

近幾年來，隨著經濟的發展和科學技術水平的提高，勘查工程也取得了長遠的發展，尤其是隧道工程的勘察工作被廣泛的應用[1]。針對需要解決地質問題的差別，單一的物探方法在解決復雜地質問題中往往力不從心，不能達到勘察目的[2]。為了詳細細致地了解地質情況,在保證物探先于鉆探，物探、鉆探、巷探相結合原則的同時，采用多種勘探方法綜合方法，包括淺層地震反射波法、地震折射波法、瑞雷面波法、大地電磁測深法和高密度電法等,方能達到令人滿意的效果。

2　綜合地質勘探方法

2.1地球物理方法

雖然應用于隧道勘察中的物探方法有很多，但每一種方法都有其應用的物理前題，沒有這種“前題”存在，物探方法就不可能獲得好的應用效果．怎樣根據工區的地質特征來發揮各種物探方法的勘察優勢，這是綜合物探的核心。

（1）地質雷達法

是近年來發展起來的新興地學技術,不論是在環境、工程還是煤礦地質等的探測中,都有廣泛的應用。該技術的原理是:首先發射高頻電磁波,并用一定的接收裝置接收返回的電磁波,然后通過分析接收到的反射波的時間與位置等參數來研究地質結構。近年來微電子工藝迅速發展,相比其他物探方法，地質雷達技術具有快速、無損、探測精度高等優點[3]。

（2）三維地震勘探技術

三維地震勘探技術是一項集物理學、數學、計算機學為一體的綜合性應用技術，其應用目的是為了使地下目標的構造圖像更加清晰、位置預測更加可靠。三維地震勘探信息豐富，得到的資料中包含振幅、相位、頻率等信息，利用這些信息可提取地下巖層的厚度、巖性、結構等信息[3]，可幫助地質人員準確的認識地下地層，提高巖體結構分析精度。

（3）高密度電法

高密度電法是尋找構造破碎帶、斷層及劃分電性差異較大介質界面最直觀而有效的物探方法之一．實際上它是多種排列的常規電阻率法與資料自動反演處理相結合的綜合方法，它仍然是以巖土體導電性差異為基礎的電法勘探，基本原理與常規電阻率法相同[5]。其優點是：通過電阻率變化情況，能較準確進行地層的劃分，計算深度和厚度；查明地下是否存在不良地質現象，如洞穴、巖溶等；判斷地下是否有斷層、破碎帶存在，并判斷其賦水狀況[6]。缺點在于：不能對資料進行準確的定量解釋，巖性分層需要參考相關資料；受地形起伏影響較大；一般受儀器和地形制約，勘探深度有一定限制。

除了以上三種外,其他用得較多的地球物理方法還有大地磁電阻率法、瞬變電磁法、重磁勘探法和三維地震勘探法，鉆孔超聲波測井及巖石波速測試等方法。

2.2傳統勘察技術

（1）鉆探，當勘探的目的層上部有較厚的蓋層時。

（2）槽探，在地表處常用的一種勘探方法。

（3）巷探，利用礦業巷道進行勘探。

3　綜合地質勘探方法在隧道勘察中的應用

3.1隧道區地質概況

研究區隧道所處地貌為高原山嶺地區，海拔多在920-1425m之間，地表起伏強烈，相對高差達310-670m，山體高大險峻，溝壑縱橫深切。擬建隧道橫穿叢狀山體，山體坡度多在30°-40°之間。隧道從南側壟形地進入山體，穿越陡崖、山嶺、群峰、洼地、落水洞，并于坡谷一沖溝左側穿出。隧道區不良地質主要是以巖溶、地下水和煤層瓦斯表現突出。巖溶廣為發育于灰巖、白云巖地層內，地表明顯見溶溝、溶槽、洼地、落水洞，地下溶隙、溶洞及巖溶管道也多有存在。隧道施工如果揭穿管道，將產生冒水、涌水。隧道開挖揭露后，瓦斯于洞體內釋放富集，極易形成瓦斯突出，在外界因素觸發下，即產生燃燒、爆炸。

3.2勘察方法及手段選擇

為了查明隧道區工程地質特征、水文地質條件及不良地質現象，分段確定圍巖級別，為設計和施工提供有效的工程地質資料和經濟合理的處理方案，勘察中在遙感判釋的基礎上采用了工程地質調繪、地質鉆探、高密度電法、地震勘探、聲波測試、抽水、壓水試驗、室內試驗及瓦斯檢測等多種方法和手段進行綜合勘察。

（1）工程地質調繪。隧道區內山高坡陡，溝壑縱橫，地層多樣，巖性多變，斷裂發育，不良地質表現十分突出。為此，此次勘察采用路線穿越法和追索法分別進行了1∶1萬和1∶2000的地質測繪，從整個地質單元和隧道區兩個方面對地質體和不良地質進行控制，較之以前單一的方法，突破了調繪范圍的局限，使調繪內容更加準確、全面，為下一步工作的開展打下了良好的基礎。

（2）地質鉆探。針對隧道區地層多，巖性變化大，此次勘察共布置了17個鉆孔進行鉆探，平均每幅250m間距就有一個鉆孔分布，基本上每個地層都有1-2個鉆孔控制。鉆探方法一般采取合金或金剛石鉆進，部分如煤系地層地帶巖石破碎，采取了無水反循環鉆進工藝。鉆孔深度除個別特殊要求的孔外，均深入隧道設計標高以下2-3。鉆進巖芯采取率要求強風化層、破碎的巖層中不小于50%，在完整基巖中不宜小于80%，覆蓋層中不能小于50%。在鉆進中都詳細測定了地下水位，做好班報記錄，并有巖土分層、鉆進速度、地下水位、返水顏色等記錄。通過認真和有代表性的鉆探，直觀地揭示了隧道洞室圍巖的巖性及完整情況。同時，利用鉆孔，還進行了一系列的鉆孔聲波測試、抽水、壓水試驗和煤層瓦斯檢測等工作，為隧道圍巖的分段、分級從定性和定量方面均提供了準確的地質依據。

（3）高密度電法物探。隧道區工程地質調繪發現棲霞組灰巖、含硅質灰巖分布地帶發育有一條巖溶（暗河）管道通過隧道，可能對隧道極為不利。該巖溶管道埋深大，鉆探很難查證。為了準確查明管道的置，使用了物探新技術—大極距高密度電法[矩形A—MN（三極測深）]。根據高密度電法成果，準確地判明了巖溶（暗河）管道是從隧道處通過，其埋深在地表下190多m，即標高940m位置，距隧道底板40m，對左、右兩幅隧道影響不大，隧道施工也不會對其產生影響。這個結論在當時很重要，因該管道水是下面一帶眾多村民的生命水源，如果隧道施工不慎，將產生嚴重的社會問題，故避免了改線，為建設項目節約了大量投資。

（4）地震勘探、鉆孔超聲波測井及巖石波速測試。由于隧道區地層巖性多，地表風化強烈，鉆探取芯率偏低，巖芯多為砂狀和碎塊、塊狀，地質人員判斷巖石風化程度人為因素大，很難客觀評價巖體基本質量，合理劃分隧道圍巖類別。為此，在勘察中，采用了地震勘探、鉆孔超聲波測井及巖石波速測試技術。這次勘察，在當時公路勘察設計工作中，參照了新編的公路隧道設計規范，通過對定性劃分和定量指標的綜合分析，劃分了巖石風化程度和隧道圍巖類232別。

（5）抽水、壓水試驗。隧道區為條帶狀巖層構成的山嶺，水文地質單元復雜，存在多個隔水層和含水單元，各含水單元含、透水性能差異較大。為準確得到洞身段不同巖石的透水性和裂隙性，用以預測隧道的涌水量，分別在鉆孔施工完結后進行了抽水和壓水試驗。抽水、壓水試驗均采用自制的提桶、專門的高揚程空氣壓縮機抽水設備和壓水設備進行，其中提桶抽水試驗主要用在地下水位較淺的地段，空氣壓縮機抽水試驗和壓水試驗主要用在地下水位較深或暫時無地下水的巖層中，同時部分鉆孔還進行了抽、壓水結合試驗。

（6）瓦斯檢測。測試鉆孔為專門施工的ZKll孔，使用設備為采煤管1套、便攜式瓦斯解吸儀1套、取樣瓦斯灌2個。首先在鉆孔鉆遇煤層時，下采煤管采煤并迅速裝灌封閉，然后5min內開始解吸，得出現場瓦斯解吸量，再利用圖解法求出瓦斯損失量，二者之和即為煤層瓦斯逸出量。通過測試，場區主要的6號煤層瓦斯逸出量為0．17m3／t，屬低瓦斯煤層。檢測手段較易可行，結果也符合實際，具有一定開拓性。

（7）室內試驗。為了獲取隧道圍巖的物理力學指標，勘察中采集了鉆孔巖芯11組／33件測試了密度、抗拉、抗壓強度、彈性模量、泊松比、縱坡波速，取樣合理，測試指標齊全且針對性強，提高了勘察結果的精確性。

3.3勘察成果應用

隧道地質勘探、試驗克服了重重困難，歷時3個多月，對隧道區工程地質特征、水文地質條件及不良地質現象、構造破碎帶特征及影響、突水突泥、瓦斯和圍巖分級等重大地質問題進行了深入分析研究，勘察成果所確定的隧道涌水量、巖溶（暗河）管道位置、劃分的圍巖類別及瓦斯等級與實際吻合，為穿越該山區隧道方案決策提供了可靠依據。

4　結束語

隧道巖土工程勘察針對隧道技術標準高、地質條件復雜等特點，采用綜合勘探方法，做到地質測繪先行，鉆探、綜合物探、抽水、壓水試驗、瓦斯檢測、室內試驗成果相互映證相互補充，特別是積極采用具有當時國內先進水平的物探、瓦斯檢測新方法、新技術，查明了巖溶（暗河）管道位置、可能發生突水位置和瓦斯含量，體現了勘察技術的先進性、合理性，提高了勘探效益和勘察成果的準確性。

[1]吉新萌.商品與質量隧道勘察技術相關問題研究[J].2017(7):115.

[2]周竹生,豐贅.隧道勘察中的綜合物探方法,地球物理學進展.2011,26(2):724-731.

[3]王正成，譚巨剛，孔祥春，等．地質雷達在隧道超前預報中的應用[J]．鐵道建筑，2005，(2)：9-11．

[4]劉天放,彭蘇萍,錢建偉,等.中國采區三維地震勘探的進展[C]//中國地球物理學會第十八屆年會論文集.北京：中國地球物理學會，2002.

[5]董浩斌。王傳雷．高密度電法的發展與應用[J]．地學前緣，2003，10(1)：171～176．

[6]鄧娜，江長森．高密度電法在工程勘察中的應用實例[J]．物探化探計算技術，2009，31(6)：577～581．

P62[文獻碼]A

1000-405X（2015）-7-161-2